KR20070002373A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20070002373A
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최성식
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삼성전자주식회사
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Abstract

제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 마주 보고 있는 제2 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있는 제1 전기장 생성 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있는 제2 전기장 생성 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있는 액정층, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판의 간격을 유지하는 스페이서를 포함하며, 상기 스페이서의 배치는 각 화소 행에서 제1 화소 간격 배치와 상기 제1 화소 간격과는 다른 제2 화소 간격 배치가 혼합되어 있는 액정 표시 장치를 마련한다.
액정표시장치, 도메인규제수단, 컬럼스페이서, 텍스쳐잔류시간

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 공통 전극 표시판의 배치도이고,
도 3 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,
도 4는 도 3의 IV-IV'선에 대한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고,
도 6a는 6개 화소 간격으로 스페이서를 배치한 액정 표시 장치에서 1+2점 반전 구동을 하는 경우의 스페이서와 화소 극성 배치를 나타내는 도면이고,
도 6b는 도 6a의 경우에 시인되는 줄무늬를 보여 주는 도면이고,
도 7a는 9개 화소 간격으로 스페이서를 배치한 액정 표시 장치에서 1+2점 반전 구동을 하는 경우의 스페이서와 화소 극성 배치를 나타내는 도면이고,
도 7b는 도 7a의 경우에 시인되는 줄무늬를 보여 주는 도면이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 6개 화소 간격의 스페이서 배치와 9개 화소 간격의 스페이서 배치를 번갈아 적용한 액정 표시 장치에서 1+2점 반전 구동 을 하는 경우의 스페이서와 화소 극성 배치를 나타내는 도면이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배도이고,
도 10은 도 9의 X-X' 선을 따라 절단한 단면도이고,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 두 표시판 및 두 표시판을 지지하는 스페이서를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층과 두 표시판의 간격을 균일하게 지지하는 스페이서로 이루어진다. 두 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 전기장의 세기를 변화시켜 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시한다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 두 표시판에 전극이 각각 형성되어 있고 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터를 가지고 있는 액정 표시 장치이며, 두 기판 중 하나에는 게이트선 및 데이터선과 같은 다수의 배선, 게이트선과 데이터선으로 둘러싸인 화소에 화소 전극 및 화소 전극에 전 달되는 데이터 신호를 제어하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며(이하, 박막 트랜지스터 표시판이라 함), 나머지 다른 표시판에는 화소 전극과 마주하는 공통 전극 및 화소와 대응하는 위치에 형성되어 있는 개구부를 가지는 블랙 매트릭스가 형성되는 것이 일반적이다(이하 공통 전극 표시판이라 함).
이때, 기판 간격을 일정하기 유지하는 스페이서는 구형이며 불규칙적으로 산포되는 비즈 스페이서(beads spacer)와 일정한 패턴으로 형성하는 컬럼 스페이서(column spacer) 또는 리지드 스페이서(rigid spacer)로 구분된다.
컬럼 스페이서는 공통 전극 표시판에 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 화소 내부의 빛이 투과하지 않는 부분, 예컨대, 채널부, 게이트선, 유지 전극선 등에 대응하는 위치에 원하는 패턴으로 형성한다.
그런데 이러한 컬럼 스페이서를 사용하는 액정 표시 장치에서 그 구동 방식에 따라 소정의 줄무늬가 나타나 화질을 저하시키는 경우가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 화질이 우수한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 2이상의 배치 간격이 나타나도록 스페이서를 배치한다.
더욱 상세하게, 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 마주 보고 있는 제2 절연 기판, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되 어 있는 제1 전기장 생성 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있는 제2 전기장 생성 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있는 액정층, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판의 간격을 유지하는 스페이서를 포함하며, 상기 스페이서의 배치는 각 화소 행에서 제1 화소 간격 배치와 상기 제1 화소 간격과는 다른 제2 화소 간격 배치가 혼합되어 있는 액정 표시 장치를 마련한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 상기 제1 화소 간격과 상기 제2 화소 간격은 3의 배수 개의 화소 간격일 수 있고, 상기 제1 화소 간격은 6개 화소 간격이고, 상기 제2 화소 간격은 9개 화소 간격일 수 있으며, 상기 제1 화소 간격 배치와 상기 제2 화소 간격 배치는 각 화소 행에서 번갈아 나타날 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 상기 제1 기판 및 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있는 색필터를 더 포함하고, 상기 스페이서는 상기 색필터 중 청색 색필터와 대응하는 위치에 형성되어 있을 수 있고, 1+2 점반전 구동을 할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 데이터선, 상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 도메인 규제 수단, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 제2 도메인 규제 수단을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 도메인 규제 수단은 상기 제1 전기장 생성 전극 또는 상기 제2 전기장 생성 전극이 가지는 절개부일 수 있고, 상기 도메인 규제 수단은 상기 게이트선에 대하여 실질적으로 ±45도를 이룰 수 있으며, 상기 도메인 규제 수단은 상기 제1 전기장 생성 전극 또는 상기 제2 전기장 생성 전극 상부에 형성되어 있는 돌기일 수 있다.
또 본 발명의 한 실시예에 따르면 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 데이터선, 상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 스페이서는 상기 게이트선 또는 상기 데이터선 중의 어느 하나와 대응하는 위치에 형성되거나, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 둘러싸는 화소 영역 내부의 일부분과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
또는 제1 절연 기판, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터선, 상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극, 상기 제1 절연 기판과 마주보고 있는 제2 절연 기판, 상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 차광막, 상기 차광막 위에 형성되어 있는 색필터, 상기 색필터 위에 형성되어 있는 공통 전극, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판의 간격을 유지하는 스페이서를 포함하며, 상기 스페이서의 배치는 각 화소 행에서 제1 화소 간격 배치와 상기 제1 화소 간격과는 다른 제2 화소 간격 배치가 혼합되어 있는 액정 표시 장치를 마련한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 화소 간격과 상기 제2 화소 간격은 3의 배수 개의 화소 간격일 수 있고, 상기 제1 화소 간격은 6개 화소 간격이고, 상기 제2 화소 간격은 9개 화소 간격일 수 있으며, 상기 제1 화소 간격 배치와 상기 제2 화소 간격 배치는 각 화소 행에서 번갈아 나타나도록 배치할 수 있다. 또, 상기 스페이서는 상기 게이트선 또는 상기 데이터선 중의 어느 하나와 대응하는 위치에 형성되거나, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 둘러싸는 화소 영역 내부의 일부분과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 도메인 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표 시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 공통 전극 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 3은 본 발명의 도 1 및 도 2의 표시판을 정렬하여 완성한 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 4는 도 3의 액정 표시 장치를 IV-IV'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 도 1, 도 3 및 도 4를 참고하여 박막 트랜지스터 표시판(100)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗은 줄기선과 이로부터 갈라진 복수의 제1, 제2, 제3 및 제4 유지 전극(133a, 133b, 133c, 133d) 집합 및 복수의 연결부(133e)를 포함한다. 유지 전극선(131) 각각은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 줄기선은 두 게이트선(121) 중 위쪽에 가깝다.
제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)은 세로 방향으로 뻗으며 서로 마주한다. 제1 유지 전극(133a)은 줄기선에 연결된 고정단과 그 반대 쪽의 자유단을 가지며, 자유단은 돌출부를 포함한다. 제3 및 제4 유지 전극(133c, 133d)은 대략 제1 유지 전극(133a)의 중앙에서 제2 유지 전극(133b)의 하단 및 상단까지 비스듬하게 뻗어 있다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 이 중 한 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 비저항(resistivity)이 낮은 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 만들어 진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 등으로 만들어 진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다. 그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30도 내지 약 80도인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다. 선형 반도체(151)는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 부근에서 너비가 넓어져 이들을 폭넓게 덮고 있다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어 지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30도 내지 80도 정도이다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175) 및 복수의 금속편(172)이 형성되어 있다
데이터선(171)은 데이터 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121), 유지 전극선(131)의 줄기선 및 연결부(133e)와 교차한다. 데이터선(171)은 데이터 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 전압을 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다. 각 드레인 전극(175)은 넓은 한 쪽 끝 부분 과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 포함한다. 막대형 끝 부분은 옆으로 누운 U자형으로 구부러진 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
금속편(172)은 유지 전극(133a)의 자유단과 인접한 게이트선(121) 상부에 형성되어 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30도 내지 80도 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 아래의 반도체(151)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준 다. 대부분의 곳에서는 선형 반도체(151)가 데이터선(171)보다 좁지만, 앞서 설명하였듯이 게이트선(121)과 만나는 부분에서 너비가 넓어져 표면의 프로파일을 부드럽게 함으로써 데이터선(171)이 단선되는 것을 방지한다. 반도체(151)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(151) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(151) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)의 넓은 끝 부분을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181), 제1 유지 전극(133a) 고정단 부근의 유지 전극선(131) 일부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(183a), 그리고 제1 유지 전극(133a) 자유단의 돌출부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(183b)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191), 복수의 연 결 다리(overpass)(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적ㅇ전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 공통 전극 표시판(200)의 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자(31)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(31)의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)"라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191)은 유지 전극(133a-133d)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩하며, 화소 전극(191)의 왼쪽 및 오른쪽 변은 유지 전극(133a, 133b)보다 데이터선(171)에 인접한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 "유지 축전기(storage capacitor)"라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
각 화소 전극(191)은 게이트선(121) 또는 데이터선(171)과 거의 평행한 네 개의 주 변을 가지며 네 모퉁이가 모따기되어 있는(chamfered) 대략 사각형 모양이다. 화소 전극(191)의 모딴 빗변은 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이 룬다.
화소 전극(191)에는 중앙 절개부(91), 하부 절개부(92a) 및 상부 절개부(92b)가 형성되어 있으며, 화소 전극(191)은 이들 절개부(91-92b)에 의하여 복수의 영역(partition)으로 분할된다. 절개부(91-92b)는 화소 전극(191)을 이등분하는 가상의 가로 중심선에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다.
하부 및 상부 절개부(92a, 92b)는 대략 화소 전극(191)의 오른쪽 변에서부터 왼쪽 변으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 화소 전극(191)의 가로 중심선에 대하여 하반부와 상반부에 각각 위치하고 있다. 하부 및 상부 절개부(92a, 92b)는 게이트선(121)에 대하여 약 45도의 각도를 이루며 서로 수직하게 뻗어 있다.
중앙 절개부(91)는 화소 전극(191)의 가로 중심선을 따라 뻗으며 오른쪽 변 쪽에 입구를 가지고 있다. 중앙 절개부(91)의 입구는 하부 절개부(92a)와 상부 절개부(92b)에 각각 거의 평행한 한 쌍의 빗변을 가지고 있다.
따라서, 화소 전극(191)의 하반부는 하부 절개부(92a)에 의하여 두 개의 영역(partition)으로 나누어지고, 상반부 또한 상부 절개부(92b)에 의하여 두 개의 영역으로 분할된다. 이 때, 영역의 수효 또는 절개부의 수효는 화소 전극(191)의 크기, 화소 전극(191)의 가로변과 세로 변의 길이 비, 액정층(3)의 종류나 특성 등 설계 요소에 따라서 달라질 수 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
연결 다리(83)는 게이트선(121)을 가로지르며, 게이트선(121)을 사이에 두고 반대 쪽에 위치하는 접촉 구멍(183a, 183b)을 통하여 유지 전극선(131)의 노출된 부분과 유지 전극(133b) 자유단의 노출된 끝 부분에 연결되어 있다. 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)은 연결 다리(83)와 함께 게이트선(121)이나 데이터선(171) 또는 박막 트랜지스터의 결함을 수리하는 데 사용할 수 있다. 이 때, 금속편(172)은 레이저를 조사함으로써 연결 다리(83)를 게이트선(121)과 연결하는 경우에 이들의 전기적 연결을 보조한다.
다음, 도 2 내지 도 4를 참고하여, 공통 전극 표시판(200)에 대하여 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 절연 기판(210) 위에 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다. 차광 부재(220)는 화소 전극(191)과 마주보며 화소 전극(191)과 거의 동일한 모양을 가지는 복수의 개구부(225)를 가지고 있으며, 화소 전극(191) 사이의 빛샘을 막는다. 그러나 차광 부재(220)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분으로 이루어질 수 있다.
기판(210) 위에는 또한 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)로 둘러싸인 영역 내에 대부분 존재하며, 화소 전극(191) 열을 따라서 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 위에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어지며 공통 전극(270)에는 복수의 절개부(71, 72a, 72b) 집합이 형성되어 있다.
하나의 절개부(71-72b) 집합은 하나의 화소 전극(191)과 마주하며 중앙 절개부(71), 하부 절개부(72a) 및 상부 절개부(72b)를 포함한다. 절개부(71-72b) 각각은 화소 전극(191)의 인접 절개부(91, 92a, 92b) 사이 또는 절개부(91-92b)와 화소 전극(191)의 모딴 빗변 사이에 배치되어 있다. 또한, 각 절개부(71-72b)는 화소 전극(191)의 하부 절개부(92a) 또는 상부 절개부(92b)와 평행하게 뻗은 적어도 하나의 사선부를 포함한다. 절개부(71-72b)는 화소 전극(191)의 가로 중심선에 대하여 거의 반전 대칭을 이룬다.
하부 및 상부 절개부(72a, 72b) 각각은 사선부와 가로부 및 세로부를 포함한다. 사선부는 대략 화소 전극(191)의 위쪽 또는 아래쪽 변에서 왼쪽 변으로 뻗는다. 가로부 및 세로부는 사선부의 각 끝에서부터 화소 전극(191)의 변을 따라 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이룬다.
중앙 절개부(71)는 중앙 가로부, 한 쌍의 사선부 및 한 쌍의 종단 세로부를 포함한다. 중앙 가로부는 대략 화소 전극(191)의 왼쪽 변에서부터 화소 전극 (191)의 가로 중심선을 따라 오른쪽으로 뻗으며, 한 쌍의 사선부는 중앙 가로부의 끝에서부터 화소 전극(191)의 오른쪽 변을 향하여 각각 하부 및 상부 절개부(72a, 72b)와 거의 나란하게 뻗는다. 종단 세로부는 해당 사선부의 끝에서부터 화소 전극(191)의 오른쪽 변을 따라 오른쪽 변과 중첩하면서 뻗으며 사선부와 둔각을 이룬다.
절개부(71-72b)의 수효 또한 설계 요소에 따라 달라질 수 있으며, 차광 부재(220)가 절개부(71~72b)와 중첩하여 절개부(71-72b) 부근의 빛샘을 차단할 수 있다.
표시판(100, 200)의 안쪽 면에는 배향막(alignment layer)(11, 21)이 도포되어 있으며 이들은 수직 배향막일 수 있다. 표시판(100, 200)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(12, 22)가 구비되어 있는데, 두 편광자(12, 22)의 편광축은 직교하며 이중 한 편광축은 게이트선(121)에 대하여 나란한 것이 바람직하다. 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 두 개의 편광자(12, 22) 중 하나가 생략될 수 있다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정층(3)의 지연을 보상하기 위한 위상 지연막(retardation film)(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 액정 표시 장치는 또한 편광자(12, 22), 위상 지연막, 표시판(100, 200) 및 액정층(3)에 빛을 공급하는 조명부(backlight unit)(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
액정층(3)은 음의 유전율 이방성을 가지며, 액정층(3)의 액정 분자(31)는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다. 따라서 입사광은 직교 편광자(12, 22)를 통과하지 못하 고 차단된다.
공통 전극(270)에 공통 전압을 인가하고 화소 전극(191)에 데이터 전압을 인가하면 표시판(100, 200)의 표면에 거의 수직인 전기장(전계)이 생성된다. 액정 분자들은 전기장에 응답하여 그 장축이 전기장의 방향에 수직을 이루도록 방향을 바꾸고자 한다. 앞으로는 화소 전극(191)과 공통 전극(271)을 통틀어 전기장 생성 전극이라 한다.
전기장 생성 전극(191, 270)의 절개부(71-72b, 91-92b)와 화소 전극(191)의 변은 전기장을 왜곡하여 액정 분자들의 경사 방향을 결정하는 수평 성분을 만들어낸다. 전기장의 수평 성분은 절개부(71-72b, 91-92b)의 변과 화소 전극(191)의 변에 거의 수직이다.
도 3을 참고하면, 하나의 절개부 집합(71-72b, 91-92b)은 화소 전극(191)을 복수의 부영역(sub-area)으로 나누며, 각 부영역은 화소 전극(191)의 주 변과 빗각을 이루는 두 개의 주 변(major edge)을 가진다. 각 부영역 위의 액정 분자들은 대부분 주 변에 수직인 방향으로 기울어지므로, 기울어지는 방향을 추려보면 대략 네 방향이다. 이와 같이 액정 분자가 기울어지는 방향을 다양하게 하면 액정 표시 장치의 기준 시야각이 커진다.
적어도 하나의 절개부(71-72b, 91-92b)는 돌기(protrusion)(도시하지 않음)나 함몰부(depression)(도시하지 않음)로 대체할 수 있다. 돌기는 유기물 또는 무기물로 만들어질 수 있고 전기장 생성 전극(191, 270)의 위 또는 아래에 배치될 수 있다.
절개부(71-72b, 91-92b)의 모양 및 배치는 변형될 수 있다.
공통 전극(270)의 위에는 두 표시판(100, 200) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 컬럼 스페이서(320)가 형성되어 있다. 컬럼 스페이서(320)는 감광제를 사용하여 형성하거나 기타 절연 물질로 형성한다. 컬럼 스페이서(320)는 공통 전극 표시판(200)의 차광 부재(220) 및 박막 트랜지스터 표시판(100)의 게이트선(121)과 대응하는 위치에 형성되어 있다. 컬럼 스페이서(320)는 소정의 간격을 두고 배치되어 있으며, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 화소 중에서 청(B) 화소에 위치시키는 것이 바람직하다. 이는 청색(B) 화소가 전체 휘도에 미치는 영향이 가장 적으므로 컬럼 스페이서(320) 주변에서 액정이 제어되지 않음으로 인해 텍스쳐(texture)가 발생하더라도 전체 휘도가 감소 또는 증가하는 것을 최소화할 수 있기 때문이다. 도 5에는 컬럼 스페이서(320) 주변에서 발생하는 텍스쳐가 나타나 있다. 그러나 컬럼 스페이서(320)는 녹색(G) 화소 또는 적색(R) 화소에도 배치될 수 있다. 다만, 텍스쳐가 전체 휘도에 미치는 영향을 표시 영역 전체에서 균일하게 하기 위하여는 컬럼 스페이서(320)를 동일한 색의 화소에 배치하는 것이 바람직하다.
도 8을 참고로 하여 컬럼 스페이서(320)의 배치에 대하여 좀 더 상세히 살펴본다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 6개 화소 간격의 스페이서 배치와 9개 화소 간격의 스페이서 배치를 번갈아 적용한 액정 표시 장치에서 1+2점 반전 구동을 하는 경우의 스페이서와 화소 극성 배치를 나타내는 도면이다. 도 8에서 굵은선으로 표시된 4각형이 스페이서가 위치하는 화소를 나타낸다.
본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서는 각 행별로 컬럼 스페이서가 6개 화소 간격 배치(컬럼 스페이서가 위치하는 어느 한 화소로부터 6번째 화소에 다음 컬럼 스페이서가 위치하는 배치) 및 9개 화소 간격 배치(컬럼 스페이서가 위치하는 어느 한 화소로부터 9번째 화소에 다음 컬럼 스페이서가 위치하는 배치)가 번갈아 나타나도록 형성되어 있다. 이웃하는 화소 행 사이에는 컬럼 스페이서가 엇갈려 위치하며, 바로 아래 화소 행의 컬럼 스페이서 위치가 바로 위 화소 행에 비하여 3개 화소씩 오른쪽으로 밀려 있다.
모든 컬럼 스페이서는 청색(B) 화소 열에 위치하고 있으며, 열 방향으로는 2개 화소 간격 배치(컬럼 스페이서가 위치하는 어느 한 화소로부터 2번째 화소에 다음 컬럼 스페이서가 위치하는 배치) 와 3개 화소 간격 배치(컬럼 스페이서가 위치하는 어느 한 화소로부터 3번째 화소에 다음 컬럼 스페이서가 위치하는 배치)가 번갈아 나타난다.
화소 행 방향 컬럼 스페이서의 배치는 6개 화소 간격 배치와 9개 화소 간격 배치의 반복 이외에도 6개 화소 간격 배치와 12개 화소 간격 배치의 반복 또는 9개 화소 간격 배치와 12개 화소 간격 배치의 반복 등 서로 다른 3의 배수개 화소 간격 배치가 반복되는 것이라면 다양하게 변형될 수 있다.
컬럼 스페이서를 이와 같이 배치하면 스페이서로 인한 텍스쳐의 잔존 시간이 양극성인 화소와 부극성인 화소에서 서로 다름으로 인하여 발생하는 줄무늬 불량을 개선할 수 있다.
본 발명의 줄무늬 불량 개선 효과에 대하여 도 5 내지 도 8을 참고로 하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 배치도이고, 도 6a는 6개 화소 간격으로 스페이서를 배치한 액정 표시 장치에서 1+2점 반전 구동을 하는 경우의 스페이서와 화소 극성 배치를 나타내는 도면이고, 도 6b는 도 6a의 경우에 시인되는 줄무늬를 보여주는 도면이고, 도 7a는 9개 화소 간격으로 스페이서를 배치한 액정 표시 장치에서 1+2점 반전 구동을 하는 경우의 스페이서와 화소 극성 배치를 나타내는 도면이고, 도 7b는 도 7a의 경우에 시인되는 줄무늬를 보여주는 도면이다.
먼저, 도 5에는 컬럼 스페이서 주변에서 발생하는 텍스쳐가 차광막으로 가려진 부분을 벗어나 시인되는 상태가 나타나 있다. 이러한 텍스쳐는 해당 화소의 휘도를 저하시킨다. 그런데 텍스쳐는 어느 정도 시간이 지나면 사라지게 되는데, 텍스쳐의 소멸 속도가 양극성 화소와 부극성 화소에서 서로 다르다. 텍스쳐가 사라지는 속도가 느려 텍스쳐가 오랫동안 잔존하는 화소의 경우 텍스쳐의 잔존 시간이 짧은 화소에 비하여 더 어둡게 보인다. 이러한 화소의 미세한 밝기 차이는 밝고 어두운 화소가 불규칙하게 분산되어 있는 경우에는 잘 시인되지 않지만 일정한 패턴으로 배열되어 있는 경우에는 특정 무늬로 나타나게 된다.
도 6a와 같이 스페이서를 모든 화소 행에서 6개 화소 간격으로 일정하게 배치한 액정 표시 장치에서 1+2 점 반전 구동(하나의 화소 열 내에서 두 개의 화소씩 쌍을 이루어 이웃 화소 쌍과 반대의 극성을 가지도록 구동하며, 첫 화소 행에서만 하나의 화소가 이웃 화소와 반대의 극성을 가지도록 구동하는 것)을 하는 경우, 스페이서가 배치된 화소가 양극성을 띄는 영역과 부극성을 띄는 영역이 두 화소 행 단위로 구분되어 나타나므로 도 6b와 같이 가로 줄 무늬가 나타난다.
도 7a와 같이 스페이서를 모든 화소 행에서 9개 화소 간격으로 일정하게 배치한 액정 표시 장치에서 1+2 점 반전 구동을 하는 경우, 스페이서가 배치된 화소가 양극성을 띄는 영역과 부극성을 띄는 영역이 사선 방향으로 구분되어 나타나므로 도 7b와 같이 사선 무늬가 나타난다. 사선 무늬는 가로 줄 무늬에 비하여는 약하게 시인된다.
이에 비하여 도 8과 같이 화소 행을 따라 6개 화소 간격 배치와 9개 화소 간격 배치가 반복적으로 나타나도록 스페이서를 배치한 액정 표시 장치에서 1+2 점 반전 구동을 하는 경우, 스페이서가 배치된 화소가 양극성을 띄는 영역과 부극성을 띄는 영역이 뚜렷한 선으로 구분되지 않고 뒤섞이게 되어 특정 무늬로 시인되지 않는다.
위에서는 컬럼 스페이서(320)를 게이트선(121)과 대응하는 위치에 형성하였으나, 이와 달리 신호선이 없는 화소 영역 내의 평탄한 부분에 컬럼 스페이서(320)를 배치할 수도 있다. 이러한 액정 표시 장치에 대하여 도 9, 도 10 및 도 11을 참고로 하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배도이고, 도 10은 도 9의 X-X' 선을 따라 절단한 단면도이다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 아래로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗은 줄기선과 이로부터 갈라진 복수 쌍의 유지 전극(133a, 133b)을 포함한다. 유지 전극선(131) 각각은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 줄기선은 두 게이트선(12) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극(133a, 133b) 각각은 줄기선과 연결된 고정단과 그 반대 쪽의 자유단을 가지고 있다. 한 쪽 유지 전극(133b)의 고정단은 면적이 넓다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 이 중 한 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 비저항(resistivity)이 낮은 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 만들어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 만들어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다. 그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30도 내지 약 80도인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다. 선형 반도체(151)는 게이트선(121) 및 유지 전극 선(131) 부근에서 너비가 넓어져 이들을 폭넓게 덮고 있다.]
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165)는 인 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30도 내지 80도 정도이다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 또한 유지 전극선(131)과 교차하며 인접한 유지 전극(133a, 133b) 집합 사이를 달린다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있고 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주 본다.
각 드레인 전극(175)은 면적이 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 가지고 있으며, 막대형 끝 부분은 옆으로 누운 U자형으로 구부러진 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30ㅀ 내지 80ㅀ 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 아래의 반도체(151)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 대부분의 곳에서는 선형 반도체(151)의 너비가 데이터선(171)의 너비보다 작지만, 앞서 설명하였듯이 게이트선(121)과 만나는 부분에서 너비가 넓어져 표면의 프로파일을 부드럽게 함으로써 데이터선(171)이 단선되는 것을 방지한다. 반도체(151)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(151) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 질화규소나 산화규소 따위의 무기 절연물, 유기 절연물, 저유전율 절연물 따위로 만들어진다. 유기 절연물과 저유전율 절연물의 유전 상수는 4.0 이하인 것이 바람직하며 저유전율 절연물의 예로는 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등을 들 수 있다. 유기 절연물 중 감광성(photosensitivity)을 가지는 것으로 보호막(180)을 만들 수도 있으며, 보호막(180)의 표면은 평탄할 수 있다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(151) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수 의 접촉 구멍(181), 유지 전극(133b) 고정단 부근의 유지 전극선(131) 일부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(183a), 그리고 유지 전극(133a) 자유단의 직선 부분을 드러내는 복수의 접촉 구멍(183b)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191), 복수의 연결 다리(overpass)(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적ㅇ전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 다른 표시판(도시하지 않음)의 공통 전극(common electrode)(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(도시하지 않음)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 화소 전극(191)과 공통 전극은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)"라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191)은 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(171)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 "유지 축전기(storage capacitor)"라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선 (121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 데이터선(171) 및 게이트선(121)의 끝 부분(179, 129)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
연결 다리(83)는 게이트선(121)을 가로지르며, 게이트선(121)을 사이에 두고 반대 쪽에 위치하는 접촉 구멍(183a, 183b)을 통하여 유지 전극선(131)의 노출된 부분과 유지 전극(133b) 자유단의 노출된 끝 부분에 연결되어 있다. 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)은 연결 다리(83)와 함께 게이트선(121)이나 데이터선(171) 또는 박막 트랜지스터의 결함을 수리하는 데 사용할 수 있다.
다음은 공통 전극 표시판(200)의 구조에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
한편, 상부의 공통 전극 표시판(200)에는, 하부 절연 기판(110)과 마주하는 상부 절연 기판(210)의 상부에 게이트선(121)과 데이터선(171)으로 둘러싸인 화소에 대응하는 부분에 개구부를 가지며, 검은색의 안료를 포함하는 유기 물질로 이루어져 서로 이웃하는 화소 사이에서 누설되는 빛을 차단하는 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있다. 이러한 블랙 매트릭스(220)는 도면으로 나타내지 않았지만, 화소의 집합이며 화상이 표시되는 표시 영역의 둘레에도 형성되어 표시 영역 둘레에서 누설되는 빛도 차단하며, 박막 트랜지스터의 반도체(151)에 입사하는 외부광을 차단하기 위해 박막 트랜지스터의 상부에도 형성된다.
블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있는 하부 절연 기판(210)의 상부에는 각각의 적(R), 녹(G), 청(B)의 화소에 대응하는 위치에 순차적으로 배치되어 있는 적 색, 녹색, 청색의 색 필터(230)가 각각 형성되어 있으며, 그 상부에는 절연 물질로 이루어진 평탄화막(250)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 적색, 녹색, 청색의 색 필터(230)는 세로 방향으로 뻗어 있으며, 각각의 색 필터(230)의 경계는 블랙 매트릭스(220) 위에 위치하는데, 다른 실시예에서는 서로 이웃하는 색필터(230)의 가장자리는 서로 중첩되어 누설되는 빛을 차단하는 기능을 가질 수 있다.
평탄화막(250)의 상부에는 화소 전극(191)과 함께 액정 분자를 구동하기 위한 전계를 형성하며 ITO 또는 IZO 등과 같은 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(270)이 형성되어 있다.
또한, 서로 마주하는 박막 트랜지스터 표시판(100)과 공통 전극 표시판(200) 사이에는 두 표시판(100, 200) 사이의 간격을 일정하게 유지하며, 절연 물질로 이루어져 있는 컬럼 스페이서(320)가 형성되어, 두 표시판(100, 200)을 지지하고 있다. 이때, 컬러 스페이서(320)는 게이트선(121), 데이터선(171) 및 유지 전극선(131) 등의 신호선과 중첩하지 않고, 이들(121, 171)에 의해 둘러싸인 화소의 가장자리에 배치되어 있으며, 블랙 매트릭스(220)와 중첩되어 있다. 도 9에서 점선은 블랙 매트릭스(220)의 평면도를 나타낸 것으로, 점선에 의해 둘러싸인 부분은 블랙 매트릭스(220)의 개구부로 화소에서 빛이 투과되는 영역이다. 여기서, 컬럼 스페이서(320)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 화소 중에서 청(B) 화소에 위치하는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 실시예에서는 기판 간격재인 컬럼 스페이서(320)가 게이트선(121)과 데이터선(171)의 상부에 배치되지 않고, 이들(121, 171)에 의해 둘러 싸인 화소의 안쪽 가장자리의 평탄한 표면의 상부에 배치되어 있어, 컬럼 스페이서(320)가 외부의 압력 또는 충격에 의해 미끄러졌더라도 다시 제자리로 용이하게 돌아와 복원된다.
마주하는 두 표시판(100, 200)의 상부에는 액정층(3)의 액정 분자를 배향하기 위한 배향막(11, 21)이 형성되어 있으며, 두 표시판(100, 200)의 바깥 면에는 편광판(12, 22)이 각각 부착되어 있다.
이와 같이 컬럼 스페이서(320)는 게이트선(121)과 데이터선(171)에 의하여 둘러싸인 화소 영역 내부에 배치될 수 있다. 이 경우에도 액정 표시 장치에서의 컬럼 스페이서의 분포는 도 8에 도시한 바와 같이 화소 행을 따라 6개 화소 간격 배치와 9개 화소 간격 배치가 반복하여 나타나도록 하는 등 서로 다른 3의 배수개 화소 간격 배치가 반복되는 형태를 이룬다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치 구조는 앞의 실시예와 거의 동일하여 구체적인 도면 및 설명은 생략하기로 한다.
도 11에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판의 층상 구조는 대개 도 9 및 10에 도시한 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판의 층상 구조와 동일하다.
하지만, 컬럼 스페이서(320)가 박막 트랜지스터 표시판(100)에 형성되어 있다.
또한, 적색, 녹색, 청색의 색 필터(230)가 보호막(180)의 하부에 형성되어 있다. 이때, 적색 녹색, 청색의 색 필터(230)의 경계는 데이터선(171) 상부에 위치하며, 서로 중첩하도록 배치하여 화소 사이에서 누설되는 빛을 차단하는 블랙 매트릭스의 기능을 가질 수도 있다..
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 스페이서로 인하여 특정 무늬가 나타나는 것을 방지할 수 있어서 액정 표시 장치의 화질을 향상할 수 있다.

Claims (19)

  1. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판과 마주 보고 있는 제2 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있는 제1 전기장 생성 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있는 제2 전기장 생성 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 사이에 형성되어 있는 액정층,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판의 간격을 유지하는 스페이서
    를 포함하며, 상기 스페이서의 배치는 각 화소 행에서 제1 화소 간격 배치와 상기 제1 화소 간격과는 다른 제2 화소 간격 배치가 혼합되어 있는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 화소 간격과 상기 제2 화소 간격은 3의 배수 개의 화소 간격인 액정 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 화소 간격은 6개 화소 간격이고, 상기 제2 화소 간격은 9개 화소 간격인 액정 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 화소 간격 배치와 상기 제2 화소 간격 배치는 각 화소 행에서 번갈아 나타나는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있는 색필터를 더 포함하고,
    상기 스페이서는 상기 색필터 중 청색 색필터와 대응하는 위치에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    1+2 점반전 구동을 하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 데이터선,
    상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 도메인 규제 수단,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 제2 도메인 규제 수단
    을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 및 제2 도메인 규제 수단은 상기 제1 전기장 생성 전극 또는 상기 제2 전기장 생성 전극이 가지는 절개부인 액정 표시 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 게이트선에 대하여 실질적으로 ±45도를 이루는 액정 표시 장치.
  10. 제7항에서,
    상기 도메인 규제 수단은 상기 제1 전기장 생성 전극 또는 상기 제2 전기장 생성 전극 상부에 형성되어 있는 돌기인 액정 표시 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 스페이서는 컬럼 스페이서인 액정 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 데이터선,
    상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 스페이서는 상기 게이트선 또는 상기 데이터선 중의 어느 하나와 대응하는 위치에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 데이터선,
    상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 스페이서는 상기 게이트선과 상기 데이터선이 둘러싸는 화소 영역 내부의 일부분과 대응하는 위치에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  14. 제1 절연 기판,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 제1 절연 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터선,
    상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 제1 전기장 생성 전극에 연결되어 있는 박막 트랜지스터,
    상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극,
    상기 제1 절연 기판과 마주보고 있는 제2 절연 기판,
    상기 제2 절연 기판 위에 형성되어 있는 차광막,
    상기 차광막 위에 형성되어 있는 색필터,
    상기 색필터 위에 형성되어 있는 공통 전극,
    상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판 중의 적어도 일측에 형성되어 있으며, 상기 제1 절연 기판과 상기 제2 절연 기판의 간격을 유지하는 스페이서
    를 포함하며, 상기 스페이서의 배치는 각 화소 행에서 제1 화소 간격 배치와 상기 제1 화소 간격과는 다른 제2 화소 간격 배치가 혼합되어 있는 액정 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 화소 간격과 상기 제2 화소 간격은 3의 배수 개의 화소 간격인 액정 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 화소 간격은 6개 화소 간격이고, 상기 제2 화소 간격은 9개 화소 간격인 액정 표시 장치.
  17. 제14항에서,
    상기 제1 화소 간격 배치와 상기 제2 화소 간격 배치는 각 화소 행에서 번갈아 나타나는 액정 표시 장치.
  18. 제14항에서,
    상기 스페이서는 상기 게이트선 또는 상기 데이터선 중의 어느 하나와 대응하는 위치에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  19. 제14항에서,
    상기 스페이서는 상기 게이트선과 상기 데이터선이 둘러싸는 화소 영역 내부의 일부분과 대응하는 위치에 형성되어 있는 액정 표시 장치.
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